L'entanglement quantistico è una caratteristica fondamentale dell'informatica quantistica. Ancora, come possono i ricercatori verificare che un computer quantistico incorpori effettivamente un entanglement su larga scala? I metodi convenzionali richiedono un gran numero di misurazioni ripetute, presentare difficoltà di ricerca. Aleksandra Dimić dell'Università di Belgrado e Borivoje Dakić dell'Accademia austriaca delle scienze e dell'Università di Vienna hanno sviluppato un nuovo metodo per il quale anche un solo test sperimentale è sufficiente per dimostrare la presenza di entanglement. I loro risultati sono pubblicati nella rivista online ad accesso aperto npj Informazioni quantistiche .

L'obiettivo finale della scienza dell'informazione quantistica è sviluppare computer quantistici, dispositivi controllabili a tutti gli effetti che utilizzano gli stati quantistici delle particelle subatomiche per memorizzare le informazioni. Come per tutte le tecnologie quantistiche, L'informatica quantistica si basa su una caratteristica peculiare della meccanica quantistica nota come entanglement quantistico. Le unità di base dell'informazione quantistica, qubit, necessità di correlare in questo modo particolare affinché il computer quantistico raggiunga il suo pieno potenziale.

Una delle sfide principali è assicurarsi che un computer quantistico completamente funzionante funzioni come previsto. In particolare, gli scienziati devono dimostrare che il gran numero di qubit sono intricati in modo affidabile. I metodi convenzionali richiedono un gran numero di misurazioni ripetute sui qubit per una verifica affidabile. Più spesso viene ripetuta una misurazione, più i ricercatori possono essere certi della presenza di entanglement. Perciò, l'entanglement di benchmarking in grandi sistemi quantistici richiede molte risorse e tempo, che è praticamente difficile o semplicemente impossibile. Possiamo provare l'entanglement solo con un basso numero di prove di misurazione?

Nello studio attuale, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo di verifica che richiede un numero significativamente inferiore di risorse, e in molti casi, anche solo una singola misurazione per dimostrare un entanglement su larga scala con un'elevata confidenza. Aleksandra Dimić dell'Università di Belgrado suggerisce questa analogia:"Considera una macchina che lancia simultaneamente 10 monete. Abbiamo fabbricato la macchina in modo che dovrebbe produrre monete correlate. Ora vogliamo verificare se la macchina produce il risultato previsto. Immagina una singola prova rivelando tutte le monete che cadono su croce.Questa è una chiara firma di correlazioni, poiché 10 monete indipendenti hanno lo 0,01 percento di possibilità di atterrare sullo stesso lato contemporaneamente. Da un tale evento, certifichiamo la presenza di correlazioni con confidenza superiore al 99,9 per cento. Questa situazione è molto simile alle correlazioni quantistiche catturate dall'entanglement".

Borivoje Dakić dice, "In contrasto con le monete classiche, i qubit possono essere misurati in molti, molti modi diversi. Il risultato della misurazione è ancora una sequenza di zero e uno, ma la sua struttura dipende fortemente da come scegliamo di misurare i singoli qubit. Ci siamo resi conto che, se scegliamo queste misure in un modo particolare, l'entanglement lascerà impronte digitali uniche nel modello misurato."

Il metodo promette una drastica riduzione del tempo e delle risorse necessarie per un benchmark affidabile dei futuri dispositivi quantistici.